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瀏覽╃│✘•✘:- 釋出日期╃│✘•✘:2022-09-07 09:23:34【

要:以某封嚴環元件為研究物件,採用水浸超聲檢測技術,透過監測結合層處的超聲回波 幅值來分析檢測解析度和穿透力,進而評判真空釺焊結合質量▩•│◕☁。試驗分析得出環狀高溫合金真空 釺焊件的最佳檢測引數,並將其運用於實際零件檢測▩•│◕☁。檢測結果表明,超聲檢測能及時發現焊接質 量不良位置,具有一定的應用價值▩•│◕☁。 

關鍵詞:真空釺焊;超聲檢測;影響因素;檢測引數 

中圖分類號:TG115.28                                                文獻標誌碼:A                                    文章編號:1000-6656(2022)07-0042-04


真空釺 焊 是 在 真 空 中 進 行 釺 焊 的 工 藝,其 利 用液態釺料 潤 溼 基 體 金 屬 表 面,依 靠 毛 細 吸 附 作 用將釺料吸附到接頭的緊密配合面上▩•│◕☁。釺焊過程 處於真空環 境 下,可 以 有 效 地 排 除 空 氣 對 焊 接 的 影響,提高焊縫質量和產品的抗腐蝕性,獲得高強 度•◕✘✘、光亮致 密 的 接 頭,因 此,該 焊 接 方 法 廣 泛 用 於 現代航空發動機製造中▩•│◕☁。真空釺焊的工藝特點難 以保證零件 焊 縫 不 產 生 釺 料 流 淌 現 象,因 此 需 採 用合適的無 損 檢 測 方 法 來 檢 測 焊 縫,以 確 保 零 件 安全有效[1-4]▩•│◕☁。 

文章以某封嚴環元件(由真空釺焊而成)為試驗 研究物件(見圖 1),其外環為 GH600 鍛造高溫合 金,內環為 Cu-Ag-Zn鑄造合金,試驗擬採用水浸超 聲檢測技術對焊縫進行檢測▩•│◕☁。 

1 超聲檢測的可行性分析 

1.1 檢測物件 

真空釺焊加工過程中,受釺焊間隙過大•◕✘✘、釺焊面 區域性氧化•◕✘✘、釺料量不足•◕✘✘、真空度較差等因素影響,零 件加工完成後可能出現未焊合•◕✘✘、氣孔等缺陷,即高溫 合金外環與內環完全沒有焊好(無釺料),或者釺料 層存在未焊合•◕✘✘、氣孔等缺陷▩•│◕☁。典型真空釺焊缺陷外 觀如圖2所示▩•│◕☁。 

1.2 檢測技術 

透過對該類釺焊零件的結構及工藝分析可知, 高溫合金外環與內環真空釺焊部位可能出現的未焊 合•◕✘✘、氣孔等缺陷均為面積型缺陷(即厚度方向的尺寸 很小)[5-7],而超聲檢測對面積型缺陷較敏感,因此用 該方法來檢測環狀高溫合金釺焊件的焊接質量比較 合適▩•│◕☁。 

1.3 檢測原理 

當高溫合金未進行釺焊時,超聲波入射至外環 並傳播到內壁,在內壁處被反射回來產生內壁回波▩•│◕☁。 鍛件組織均勻,對超聲波的衰減基本一致,因此內壁 各個部位的回波幅值大致相等(見圖3,圖中 C掃描 影象用顏色灰度表示回波幅值,圖中可見內壁各個 部位回波幅值基本一致),通常把該回波幅值設定為 100%FSH (滿屏高度)[8]▩•│◕☁。 

外環與內環釺焊後,當超聲波入射至外環並傳 播到內壁(即外環與內環釺料填充位置)時,若外環 與內環結合層未填釺料(即內外環未焊合),則所有 超聲波在結合層處被完全反射回外環,故結合層處 的反射回波幅值很高,相當於未釺焊外環的內壁回 波幅值,即100%FSH;若外環與內環結合較好,則 部分超聲波將穿過釺料繼續向內環傳播,小部分反 射回外環,因而結合層處的反射回波幅值較低;若外 環與內環部分未結合,則小部分超聲波進入釺料,大 部分超聲波在結合層處被反射回外環,故結合層處 的反射回波幅值介於上述兩種情況之間╃✘✘↟。釺焊後環 狀零件的超聲檢測如圖4所示╃✘✘↟。

2 檢測試驗 

2.1 主要影響因素及其控制 

2.1.1 檢測解析度

由於超聲波入射面為外環,而對釺焊質量的評 判只要監測結合層處超聲回波的幅值,若外環厚度 太小,則無法分辨出結合層處的回波,因此可考慮使 用較高檢測頻率╃☁│·、小焦點的聚焦探頭進行檢測,以保 證檢測精度╃✘✘↟。 

2.1.2 穿透力 

當外環鍛件壁厚較大,且本身的材料對超聲波 衰減較大時,若採用太高的檢測頻率,可能造成超聲 波的穿透力不夠╃✘✘↟。應結合實際被檢零件的具體情況 綜合考慮,再確定檢測方案與技術引數╃✘✘↟。

2.1.3 釺焊結合層回波 

外環材料為高溫合金,內環為鑄造金屬,二者聲 阻抗存在差異,當超聲波束入射到兩種合金介面時 會產生反射訊號,進而影響缺陷訊號的識別╃✘✘↟。考慮 到這些影響因素,檢測時應選擇合適的檢測條件(包 括儀器╃☁│·、探頭╃☁│·、檢測引數等),同時採用正確的評定方 法,以保證檢測的可靠性╃✘✘↟。

2.2 檢測工藝的確定 

2.2.1 檢測引數的選擇 

為研究探頭聚焦效果的影響,分別採用5 MHz 聚焦探頭╃☁│·、5 MHz平探頭對試件進行檢測(聚焦探 頭聚焦於零件表面),並對二者的檢測結果進行比較(見圖5,圖中紅色表示檢測區域結合不良)╃✘✘↟。聚焦 探頭髮現1 # 位置結合不良,而平探頭未能檢測出該 缺陷╃✘✘↟。由此可見,聚焦探頭具有聚焦區域內聲場集 中╃☁│·、焦點位置聲束直徑較小的特點,對於尺寸較小的 缺陷檢測非常有利╃✘✘↟。

為研究探頭焦距的影響,分別採用10 MHz焦 距2″(即探頭標稱焦距為2inch,1inch=25.4mm, 下同)和10MHz焦距3.5″的探頭對試件進行檢測, 焦點均位於釺焊層╃✘✘↟。對檢測結果進行比較(見圖6), 並透過金相剖切驗證,發現2 # ,3 # 部位結合不良, 10MHz焦距3.5″探頭未能分辨該缺陷╃✘✘↟。對於一定 晶片直徑的探頭,焦距越長則焦區長度越大,焦點直 徑也越大,但橫向解析度降低且焦點附近的能量聚集效果也變差╃✘✘↟。當釺焊基體厚度為1~6mm 時,採 用10MHz焦距2″的探頭較為合適,當基體厚度大 於6mm 時,採用10MHz焦距3.5″探頭更合適╃✘✘↟。